CN108505640A - 一种回形控力防屈曲支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回形控力防屈曲支撑结构，包括矩形内框架及矩形主框架，其中，矩形内框架位于矩形主框架内，且矩形内框架内设置有金属板，矩形内框架的一个角对应矩形主框架的一个角，且矩形内框架上各角的外壁与矩形主框架上对应角的内壁通过撑杆相连接，该结构具有安全性高、抗震性能优良、结构简单、占用空间小及成本低的特点。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构领域，涉及一种回形控力防屈曲支撑结构。
背景技术
抗侧力结构在建筑结构中起到抵抗风荷载和地震荷载等水平荷载的作用，是保证整个结构安全可靠的关键。目前在多高层钢结构中应用的抗侧力结构主要有支撑结构和钢板剪力墙结构两类，而根据受力性能和构造形式的不同，又可细分为中心支撑、偏心支撑、屈曲约束支撑(防屈曲支撑)、非加劲钢板墙、加劲钢板墙、开缝钢板墙和防屈曲钢板墙等多种形式。
中心支撑的抗屈曲能力差，尤其在中震和大震作用下会不可避免地出现弹性或弹塑性屈曲导致支撑失效，造成结构刚度和耗能能力的下降，影响结构安全。偏心支撑通过支撑偏置形成耗能连梁进行耗能，可缓解撑杆的屈曲问题，但在水平荷载作用下楼板会较早地发生破坏，并且为保证耗能梁段首先屈服，其余构件往往需要设计成过大的截面，甚至过分超强，增加建设成本，实际应用较为有限。屈曲约束支撑是通过在支撑芯材外包覆约束材料或构件从而达到限制芯材屈曲效果的一种支撑，属于“构造防屈曲”范畴，它的抗屈曲能力更强也具有更好的耗能能力，但该类支撑普遍截面较大，需占用更多的建筑空间，并且构造较为复杂，工程造价高，因此在实际工程应用中具有较大的局限性。
钢板剪力墙(非加劲、加劲、防屈曲)通过墙板形成的拉力场提供刚度抵抗水平力，但拉力场对钢板墙的边缘约束柱(边框柱)具有很不利的斜向作用，并且由于墙板无抗压能力，水平荷载所产生的倾覆力矩主要由边框柱轴力所形成的力偶抵抗，使得柱中内力极大，很容易导致边框柱的失稳或破坏，因此需要额外加大柱截面或者选用钢管混凝土柱等稳定性更好的组合结构柱来作为边缘约束构件，这也限制了钢板剪力墙在钢结构中的应用。另外，边框梁在上下层墙板所形成的拉力场作用下弯曲变形会在很大程度上受到抑制，类似受到“嵌固”，使得边框梁塑性发展不充分，边框柱往往会先于边框梁形成塑性铰，抗震设计中“强柱弱梁”的要求较难实现，降低了结构整体的抗震性能。此外，钢板剪力墙的墙板需在施工现场通过栓接或焊接与边框梁柱进行连接，工作量大且连接质量不易保证，妨碍了钢板墙结构的装配化应用。开缝钢板剪力墙墙板对边柱的影响小，但由于刚度和承载力较弱，实际应用很少。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种回形控力防屈曲支撑结构，该结构具有安全性高、抗震性能优良、结构简单、占用空间小及成本低的特点。
为达到上述目的，本发明所述的回形控力防屈曲支撑结构包括矩形内框架及矩形主框架，其中，矩形内框架位于矩形主框架内，且矩形内框架内设置有金属板，其中，矩形内框架的一个角对应矩形主框架的一个角，且矩形内框架上各角的外壁与矩形主框架上对应角的内壁通过撑杆相连接。
所述矩形主框架由两根主框架梁及两根主框架柱组成，其中，两根主框架梁的一端与一根主框架柱的侧面相连接，两根主框架梁的另一端与另一根主框架柱的侧面相连接。
所述矩形内框架由两根内框架梁及两根内框架柱组成，其中，两根内框架梁的一端与一根内框架柱的侧面相连接，两根内框架梁的另一端与另一根内框架柱的侧面相连接。
矩形主框架上各角的内壁设置有撑杆节点，撑杆固定于对应的撑杆节点上。
金属板通过焊接或者栓接固定于矩形内框架的内侧。
矩形主框架的对角线与矩形内框架的对角线重合。
主框架梁为H型钢梁或箱型钢梁；
主框架柱为H型钢柱、箱型钢柱、钢管混凝土柱、型钢混凝土柱或者钢管约束型钢混凝土柱。
内框架梁为H型钢梁或箱型钢梁；
内框架柱为H型钢柱或箱型钢柱。
撑杆为H型钢撑杆或箱型钢撑杆。
金属板为普通钢板、带加劲肋的钢板、开缝钢板、铝合金板、低屈服点钢板或泡沫钢板。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的回形控力防屈曲支撑结构在具体操作时，通过矩形内框架及金属板组成耗能控力墙，当结构受到地震荷载及风荷载等水平荷载作用时，撑杆将水平荷载转化为拉力及压力作用于矩形内框架上，金属板与矩形内框架率先发生受拉屈服及弯剪屈服进行耗能，当水平荷载更大时，撑杆及主框架梁相继发生受拉屈服及受弯屈服进一步耗散地震能量，由于可实现塑性耗能的构件多，范围大，抗震耗能性能优越。另外，传统的防屈曲支撑需要增加复杂的约束材料及约束构件以达到约束支撑芯材屈曲变形的目的，而本发明基于控力防屈曲的概念，利用耗能控力墙来控制撑杆的最大轴力，并给其提供足够的变形空间来实现结构在大震作用下的屈服不屈曲，防止屈曲效果更好，同时能在很大程度上简化构造、减少空间占用并降低制造成本。
进一步，撑杆将矩形内框架的角与矩形主框架的梁柱节点相连接，避免了钢板剪力墙中拉力场对边框柱的不利作用，受压的撑杆具有稳定的抗压能力，可参与抵抗水平荷载所产生的倾覆力矩，减轻主框架柱的受力负担，防止其提前破坏，从而提高结构的抗震能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为主框架梁、2为主框架柱、3为内框架梁、4为内框架柱、5为金属板、6为撑杆、7为撑杆节点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的回形控力防屈曲支撑结构包括矩形内框架及矩形主框架，其中，矩形内框架位于矩形主框架内，且矩形内框架内设置有金属板5，其中，矩形内框架的一个角对应矩形主框架的一个角，且矩形内框架上各角的外壁与矩形主框架上对应角的内壁通过撑杆6相连接。
所述矩形主框架由两根主框架梁1及两根主框架柱2组成，其中，两根主框架梁1的一端与一根主框架柱2的侧面相连接，两根主框架梁1的另一端与另一根主框架柱2的侧面相连接；所述矩形内框架由两根内框架梁3及两根内框架柱4组成，其中，两根内框架梁3的一端与一根内框架柱4的侧面相连接，两根内框架梁3的另一端与另一根内框架柱4的侧面相连接。
矩形主框架上各角的内壁设置有撑杆节点7，撑杆6固定于对应的撑杆节点7上；金属板5通过焊接或者栓接固定于矩形内框架的内侧；矩形主框架的对角线与矩形内框架的对角线重合。
主框架梁1为H型钢梁或箱型钢梁；主框架柱2为H型钢柱、箱型钢柱、钢管混凝土柱、型钢混凝土柱或者钢管约束型钢混凝土柱；内框架梁3为H型钢梁或箱型钢；内框架柱4为H型钢柱或箱型钢柱；撑杆6为H型钢撑杆或箱型钢撑杆；金属板5为普通钢板、带加劲肋的钢板、开缝钢板、铝合金板、低屈服点钢板或泡沫钢板。
本发明的工作原理为：
当结构受到地震荷载及风荷载等水平荷载作用时，撑杆6将水平荷载转化为拉力及压力作用于矩形内框架上，以带动矩形内框架及金属板5发生侧向变形，金属板5在拉压力作用下形成拉力场为结构提供刚度及承载力。金属板5与矩形内框架组成的耗能控力墙是主要耗能部件，在地震作用下，金属板5与矩形内框架率先发生受拉屈服及弯剪屈服进行耗能，当水平荷载更大时，撑杆6及主框架梁1相继发生受拉屈服及受弯屈服进一步耗散地震能量。在实际操作时，通过改变矩形内框架的面积及金属板5的厚度，以调节结构整体的刚度及承载力的大小。耗能控力墙的力学性能与钢板剪力墙相似，具有高延性，屈服后可在相当大的变形范围内保持稳定的承载力，因此即使在大震作用下结构发生极限侧向变形时，耗能控力墙对撑杆6的最大反作用力依然稳定且可确定，由于撑杆6内部的最大轴力可以确定，再加上撑杆6具有较大的受压变形空间，通过调整矩形内框架的面积及金属板5的厚度，同时通过选取合理的撑杆6截面面积，以控制撑杆6的最大轴力，从而做到在极限状态下结构屈服而不屈曲，实现控力防屈曲。
Claims (10)
1.一种回形控力防屈曲支撑结构，其特征在于，包括矩形内框架及矩形主框架，其中，矩形内框架位于矩形主框架内，且矩形内框架内设置有金属板(5)，其中，矩形内框架的一个角对应矩形主框架的一个角，且矩形内框架上各角的外壁与矩形主框架上对应角的内壁通过撑杆(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的回形控力防屈曲支撑结构，其特征在于，所述矩形主框架由两根主框架梁(1)及两根主框架柱(2)组成，其中，两根主框架梁(1)的一端与一根主框架柱(2)的侧面相连接，两根主框架梁(1)的另一端与另一根主框架柱(2)的侧面相连接。
3.根据权利要求1所述的回形控力防屈曲支撑结构，其特征在于，所述矩形内框架由两根内框架梁(3)及两根内框架柱(4)组成，其中，两根内框架梁(3)的一端与一根内框架柱(4)的侧面相连接，两根内框架梁(3)的另一端与另一根内框架柱(4)的侧面相连接。
4.根据权利要求1所述的回形控力防屈曲支撑结构，其特征在于，矩形主框架上各角的内壁设置有撑杆节点(7)，撑杆(6)固定于对应的撑杆节点(7)上。
5.根据权利要求1所述的回形控力防屈曲支撑结构，其特征在于，金属板(5)通过焊接或者栓接固定于矩形内框架的内侧。
6.根据权利要求1所述的回形控力防屈曲支撑结构，其特征在于，矩形主框架的对角线与矩形内框架的对角线重合。
7.根据权利要求2所述的回形控力防屈曲支撑结构，其特征在于，
主框架梁(1)为H型钢梁或箱型钢梁；
主框架柱(2)为H型钢柱、箱型钢柱、钢管混凝土柱、型钢混凝土柱或者钢管约束型钢混凝土柱。
8.根据权利要求3所述的回形控力防屈曲支撑结构，其特征在于，
内框架梁(3)为H型钢梁或箱型钢梁；
内框架柱(4)为H型钢柱或箱型钢柱。
9.根据权利要求1所述的回形控力防屈曲支撑结构，其特征在于，撑杆(6)为H型钢撑杆或箱型钢撑杆。
10.根据权利要求1所述的回形控力防屈曲支撑结构，其特征在于，金属板(5)为普通钢板、带加劲肋的钢板、开缝钢板、铝合金板、低屈服点钢板或泡沫钢板。
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